(57)【要約】【課題】検出器の姿勢を制御する姿勢制御装置の小型化を図る。【解決手段】姿勢制御装置１００において、トラニオンフレーム（ケース）８内にＸ軸（第１軸）を介して揺動自在に支持され、地震計（検出器）１を保持する保持部材２、保持部材をクランプするクランプ機構５、保持部材２をＸ軸と直交するＹ軸（第２軸）の軸周りに回動させる駆動部４を備える。そして、制御部（第１軸制御手段）は、検出部３によりＸ軸が水平面に対して平行となったことが検出されるまで、駆動部を駆動して保持部材２をＹ軸の軸周りに回動させ、制御部（第２軸制御手段）は、第１軸制御手段による制御後に、クランプ機構５による保持部材２のクランプを解除するとともに、所定時間経過後に、クランプ機構５により保持部材２をクランプさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に第１軸を介して揺動自在に支持され、検出器を保持するための保持部材と、
前記保持部材をクランプするためのクランプ機構と、
前記保持部材を、前記第１軸と直交する第２軸の軸周りに回動させる駆動部と、
前記第１軸が水平面に対して平行となったことを検出する検出部と、
前記検出部により前記第１軸が水平面に対して平行となったことが検出されるまで、前記駆動部を駆動して前記保持部材を前記第２軸の軸周りに回動させる第１軸制御手段と、
前記第１軸制御手段による制御後に、前記クランプ機構による前記保持部材のクランプを解除するとともに、所定時間経過後に、当該クランプ機構により前記保持部材をクランプさせる第２軸制御手段と、
を備えることを特徴とする姿勢制御装置。
【請求項２】
前記検出部は、
容器内に気泡とともに流体が封入され、前記保持部材とともに前記第２軸の軸周りに回動する気泡流動部と、
前記第１軸が水平面に対して平行となった場合に、前記気泡を検知する気泡検知部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の姿勢制御装置。
【請求項３】
前記流体は、黒色流体であり、
前記気泡検知部は、前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸上における前記容器を挟む位置に対向配置された発光素子及び受光素子を備え、前記第１軸が水平面に対して平行となった場合に、当該発光素子からの光が当該受光素子により受光されたことに基づいて、前記気泡を検知することを特徴とする請求項２に記載の姿勢制御装置。
【請求項４】
前記クランプ機構は、
前記保持部材に対して接近及び離間する方向に移動可能に支持された可動部材と、
前記可動部材を前記保持部材側に付勢する弾性部材と、
前記可動部材を挟んで前記保持部材と対向する側に設けられた電磁石と、
を備え、
前記第２軸制御手段は、
前記電磁石を通電して前記可動部材を当該電磁石側に磁気吸着することで、前記可動部材を前記保持部材から離間させ、前記保持部材のクランプを解除するとともに、前記所定時間経過後に、前記電磁石の通電を停止して前記弾性部材の付勢力により前記可動部材を前記保持部材側に付勢させ、前記保持部材のクランプを行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の姿勢制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、姿勢制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中に堀削されたボーリング孔内に設置され、ボーリング孔内で地盤の震動を観測するボアホール型の地震計が広く知られている。こうしたボアホール型の地震計は、地盤の震動が伝達されるように、ボーリング孔内に挿入されたケーシングと呼ばれる保護管内に固定されて設置される。
【０００３】
ところが、ボーリング孔やケーシングの孔芯が傾斜している場合には、その中に設置される地震計自体も傾斜してしまい、地盤の震動を正確に計測できない。そのため、ボーリング孔の傾斜角度は±３°以内に制限されている。地中に堀削したボーリング孔の傾斜精度が±３°を超える場合には、別の場所に新たなボーリング孔を再度堀削しなければならないこととなり、コストの増大や作業の遅延を招くという問題があった。
【０００４】
そこで、姿勢制御装置を内蔵し、姿勢制御装置によって自身の傾斜を補正する地震計が知られている。例えば、特許文献１には、地震計等の計測器を搭載するための台部材を有する海底設置用のジンバル装置が開示されている。このジンバル装置は、台部材を固定するためのクランプ機構を有しており、一旦クランプを解除してジンバル機構により台部材を水平状態に調整する。その後、クランプ機構により再び台部材をクランプすることにより、台部材に搭載された地震計の姿勢を水平状態に保持して正確な計測が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２６７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている姿勢制御装置では、ケース内に第１支軸を介して枠部材が支持され、さらに、枠部材の内部に第２支軸を介して台部材が支持されており、台部材が水平面内で直交する２つの支軸により保持される構成となっている。そのため、台部材を固定するための機構が水平方向に展開され、水平方向に大きなスペースを必要とする。一方、ボアホール型の地震計が設置されるボーリング孔は径が小さく、特許文献１のような海底設置用の姿勢制御装置をボアホール型の地震計に適用することは不可能であるという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、上記課題を解決するためになされたものであり、検出器の姿勢を制御する姿勢制御装置の小型化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、姿勢制御装置において、
ケース内に第１軸を介して揺動自在に支持され、検出器を保持するための保持部材と、
前記保持部材をクランプするためのクランプ機構と、
前記保持部材を、前記第１軸と直交する第２軸の軸周りに回動させる駆動部と、
前記第１軸が水平面に対して平行となったことを検出する検出部と、
前記検出部により前記第１軸が水平面に対して平行となったことが検出されるまで、前記駆動部を駆動して前記保持部材を前記第２軸の軸周りに回動させる第１軸制御手段と、
前記第１軸制御手段による制御後に、前記クランプ機構による前記保持部材のクランプを解除するとともに、所定時間経過後に、当該クランプ機構により前記保持部材をクランプさせる第２軸制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の姿勢制御装置において、
前記検出部は、
容器内に気泡とともに流体が封入され、前記保持部材とともに前記第２軸の軸周りに回動する気泡流動部と、
前記第１軸が水平面に対して平行となった場合に、前記気泡を検知する気泡検知部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の姿勢制御装置において、
前記流体は、黒色流体であり、
前記気泡検知部は、前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸上における前記容器を挟む位置に対向配置された発光素子及び受光素子を備え、前記第１軸が水平面に対して平行となった場合に、当該発光素子からの光が当該受光素子により受光されたことに基づいて、前記気泡を検知することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の姿勢制御装置において、
前記クランプ機構は、
前記保持部材に対して接近及び離間する方向に移動可能に支持された可動部材と、
前記可動部材を前記保持部材側に付勢する弾性部材と、
前記可動部材を挟んで前記保持部材と対向する側に設けられた電磁石と、
を備え、
前記第２軸制御手段は、
前記電磁石を通電して前記可動部材を当該電磁石側に磁気吸着することで、前記可動部材を前記保持部材から離間させ、前記保持部材のクランプを解除するとともに、前記所定時間経過後に、前記電磁石の通電を停止して前記弾性部材の付勢力により前記可動部材を前記保持部材側に付勢させ、前記保持部材のクランプを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、姿勢制御装置において、ケース内に第１軸を介して揺動自在に支持され、検出器を保持するための保持部材と、保持部材をクランプするためのクランプ機構と、保持部材を第１軸と直交する第２軸の軸周りに回動させる駆動部と、第１軸が水平面に対して平行となったことを検出する検出部と、が備わる。そして、第１軸制御手段により、検出部により第１軸が水平面に対して平行となったことが検出されるまで、駆動部が駆動されて保持部材が第２軸の軸周りに回動され、第２軸制御手段により、第１軸制御手段による制御後に、クランプ機構による保持部材のクランプが解除されるとともに、所定時間経過後に、当該クランプ機構により保持部材がクランプされる。
すなわち、第１軸及び第１軸と直交する第２軸の補正を行う姿勢制御装置において、第２軸の軸周りの駆動により第１軸の補正が可能となる。そのため、地震計を保持する保持部材を水平方向に支持する軸が１つで済み、水平方向の２軸により保持部材を支持する従来のジンバル機構と比較して水平方向のスペースを小さくすることができ、姿勢制御装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した本実施形態の姿勢制御装置の縦断面図である。
【図２】本実施形態の姿勢制御装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】検出部の平面図である。
【図４】本実施形態の姿勢制御装置における姿勢制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の姿勢制御装置における姿勢制御を説明するための説明図であり、ボーリング孔内に配置されたＸ軸補正処理及びＹ軸補正処理前の姿勢制御装置の正面図である。
【図６】本実施形態の姿勢制御装置における姿勢制御を説明するための説明図であり、Ｘ軸補正処理後であってＹ軸補正処理前の姿勢制御装置の縦断面図である。
【図７】本実施形態の姿勢制御装置における姿勢制御を説明するための説明図である。
【図８】本実施形態の姿勢制御装置における姿勢制御を説明するための説明図である。
【図９】本実施形態の姿勢制御装置における姿勢制御を説明するための説明図であり、Ｘ軸補正処理及びＹ軸補正処理後の姿勢制御装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、発明の範囲は図示例に限定されない。
【００１５】
図１は、本発明を適用した本実施形態の姿勢制御装置の縦断面図であり、図２は、本実施形態の姿勢制御装置の機能的構成を示すブロック図である。
本実施形態の姿勢制御装置１００は、図１及び図２に示すように、地震計（検出器）１を保持する保持部材２、検出部３、駆動部４、クランプ機構５、制御部（第１軸制御手段、第２軸制御手段）６、報知部７を備えて構成される。
【００１６】
保持部材２、検出部３、駆動部４、クランプ機構５は、トラニオンフレーム（ケース）８と一体的に設けられ、地震計１とともに略円柱形状の耐圧容器１０内に収納されて、地中に堀削されたボーリング孔内に設置される。トラニオンフレーム８は、支持架構９により耐圧容器１０の内壁に支持されている。
また、制御部６及び報知部７は、地上に配置されるとともに、ボーリング孔内に設置された姿勢制御装置１００の各部とケーブルを介して接続され、各部との間で各種信号を送受信する。
【００１７】
地震計１は、地中における地盤の震動を観測するボアホール型の地震計であり、少なくとも１方向の震動を検出する。地震計１は、保持部材２の内部に格納された状態で地盤の震動を検出し、ケーブルを介して震動の検出結果を地上の制御部６に送信する。
【００１８】
保持部材２は、全体が略円柱形状に形成され、トラニオンフレーム８内にＸ軸（第１軸）を介して支持されている。保持部材２の内部には、地震計１を格納するための格納部２ａが形成されている。
また、保持部材２は、その底面の断面が凹型円弧状に形成されており、後述するクランプ機構５の可動部材５１により下方向からクランプ（固定）されていない場合には、重力作用によりＸ軸周りに自在に揺動する。一方、保持部材２は、可動部材５１により下方向からクランプされている場合には、可動部材５１との当接面に働く静止摩擦力によって、その姿勢が保持されるようになっている。
【００１９】
また、保持部材２は、クランプ機構５によるクランプ／アンクランプを検出するクランプ検出部２１を備えている。クランプ検出部２１は、例えば、圧力センサにより構成され、印加圧力により変化する抵抗値に基づいて、クランプ機構５の可動部材５１から印加される圧力を検出して出力する。そして、検出した圧力が予め定められた閾値に達した場合に、保持部材２が正確にクランプされたことを示す検出信号を、図示しないクランプ確認信号線を介して地上に配された制御部６に対して送信するようになっている。
【００２０】
また、保持部材２は、内部に第１の圧電素子２２を備えている。第１の圧電素子２２は、姿勢制御処理に際して、後述する制御部６からの制御により駆動され、保持部材２に高周波の信号を与えて保持部材２を振動させる。これにより、保持部材２がクランプ機構５によりクランプされていない場合に、保持部材２が重力作用によって、Ｘ軸周りによりスムーズに揺動することとなる。
【００２１】
検出部３は、例えば、気泡管（気泡流動部）３１と気泡検知部３２とから成る水準器であり、Ｘ軸が水平状態となったことを検出する。
気泡管３１は、略円環形状のガラス管（容器）３１ａに、気泡Ｂとともにアルコール等の黒色流体３１ｂを所定量封入したものであり、トラニオンフレーム８の台部材８１の底面に固着されている。
気泡検知部３２は、光を発光する発光素子３２ａと、発光素子３２ａから発光された光を受光する受光素子３２ｂとから成り、Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸（第３軸）上の気泡管３１を挟む位置に対向配置されている。
気泡管３１内の気泡Ｂは、後述するＸ軸補正処理におけるＹ軸の回動に応じて、ガラス管３１ａの内部を流動し、Ｙ軸が回動することによりＸ軸が水平面に対して平行となった場合に、Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸上に移動する。
【００２２】
ここで、図３は、検出部３の平面図である。
Ｘ軸が水平面と平行でない場合、例えば、図３（ａ）に示すように、気泡管３１内の気泡Ｂは、Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸上からずれたところに位置するため、発光素子３２ａから発光される光は、黒色流体３１ｂに遮られ、ガラス管３１ａを挟む位置に対向配置された受光素子３２ｂにより受光されないこととなる。
一方、Ｘ軸が水平面と平行である場合、図３（ｂ）に示すように、気泡管３１内の気泡Ｂが、Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸上に移動することとなり、発光素子３２ａと受光素子３２ｂとの間に位置することとなる。そのため、発光素子３２ａからの光が、気泡Ｂを透過して、ガラス管３１ａを挟む位置に対向配置された受光素子３２ｂにより受光されるようになっている。
検出部３は、後述するＸ軸補正処理において、発光素子３２ａからの光が受光素子３２ｂにより受光されたことに基づいて、気泡検知部３２により気泡管３１内の気泡Ｂを検知すると、Ｘ軸が水平面と平行である旨を、ケーブルを介して制御部６に通知する。
【００２３】
駆動部４は、検出部３を挟んでトラニオンフレーム８と対向する位置に設けられ、回転軸４１を介して、トラニオンフレーム８の台部材８１の底面に連結されている。回転軸４１は、検出部３のガラス管３１ａの孔を貫通するように、Ｙ軸と平行に配設されている。
この駆動部４は、後述するＸ軸補正処理において、制御部６からの指示に従って、回転軸４１を回動させ、トラニオンフレーム８及びトラニオンフレーム８と一体的に設けられた保持部材２、検出部３、クランプ機構５を、Ｘ軸と直交するＹ軸周りに回動させる。そして、Ｘ軸が水平状態となったことが検出部３において検出されると、制御部６からの指示に従ってＹ軸周りの回動を停止する。
【００２４】
クランプ機構５は、可動部材５１、ガイド５２、弾性部材５３、電磁石５４を備えて構成される。
【００２５】
可動部材５１は、磁性体としての金属材料等により構成されるとともに円柱形状をなし、保持部材２の下方側に配置されている。可動部材５１は、後述する弾性部材５３によって上方向（保持部材２に対して接近する方向）に付勢されるとともに、後述する電磁石５４への通電／非通電により上下方向（保持部材２に対して接近及び離間する方向）に移動可能となっている。
具体的には、可動部材５１は、電磁石５４が非通電状態にある場合には、弾性部材５３の付勢力によって上方向（保持部材２に対して接近する方向）に付勢される。可動部材５１の上面の断面は、保持部材２の底面の断面と同じ曲率を有する凹型円弧状に形成されており、弾性部材５３の付勢力により上方向に付勢されると、可動部材５１の上面の全面が保持部材２の底面に当接するようになっている。すると弾性部材５３の付勢力が、可動部材５１を介して保持部材２に作用して、保持部材２が上方向に向けて押圧され、保持部材２のＸ軸周りの回動が規制される。
【００２６】
また、可動部材５１の上面における弧の長さは、保持部材２の底面における弧の長さよりも短く形成されている。そのため、保持部材２の垂直軸と可動部材５１の垂直軸とがずれていても、可動部材５１の上面の全面を保持部材２の底面に当接させて押圧し、保持部材２をクランプできるようになっている。
【００２７】
一方、可動部材５１は、電磁石５４が通電状態にある場合には、電磁石５４の磁力の作用により、弾性部材５３の付勢力に抗して下方向（保持部材２に対して離間する方向）に移動する。すると、可動部材５１の上面は保持部材２の底面から離間し、保持部材２は、Ｘ軸周りに回動可能な状態となる。
【００２８】
また、可動部材５１は、内部に第２の圧電素子５１１を備えている。第２の圧電素子５１１は、姿勢制御処理において可動部材５１が上下方向に移動する際に、後述する制御部６からの制御により駆動され、可動部材５１に高周波の信号を与えて可動部材５１を振動させる。これにより、可動部材５１の上下方向への移動がよりスムーズに行われる。
【００２９】
ガイド５２は、略円環状に形成されており、トラニオンフレーム８の台部材８１の上面に固着されている。また、ガイド５２は、可動部材５１の周面部の一部を覆うように、可動部材５１の周面部に当接して設けられている。
可動部材５１は、上下方向に移動する際に、ガイド５２の内周面に沿って摺動することとなり、可動部材５１が上下方向に移動する際の横方向への振動がガイド５２によって抑制されることとなる。したがって、可動部材５１は、横揺れの無い安定した状態で保持部材２側に上昇して、保持部材２を正確にクランプすることができる。
【００３０】
弾性部材５３は、トラニオンフレーム８の台部材８１に設置されるとともに、可動部材５１の底面に固着され、可動部材５１を保持部材２に対して接近及び離間する方向に移動可能に支持している。
弾性部材５３の弾性力は、電磁石５４に通電した場合に作用する磁力よりも小さく設定されており、電磁石５４への通電を停止した場合には伸長して、可動部材５１を保持部材２側に付勢する。
一方、弾性部材５３は、電磁石５４が通電されている場合には、電磁石５４側に磁気吸着される可動部材５１により圧縮されて収縮し、可動部材５１を保持部材２から離間させる。
【００３１】
電磁石５４は、略円筒状のボビンケース５４ａと、このボビンケース５４ａの周面に巻回されたコイル５４ｂと、を備えて構成され、ボビンケース５４ａの内側には弾性部材５３が配設されている。
また、電磁石５４は、可動部材５１を挟んで保持部材２と対向する側に配されている。
電磁石５４は、姿勢制御処理において、後述する制御部６からの制御により、所定時間の間、コイル５４ｂに通電されて、磁性体である可動部材５１を当該電磁石５４側に磁気吸着するようになっている。すなわち、電磁石５４のコイル５４ｂに通電することで、電磁石５４の磁力が可動部材５１に作用して、可動部材５１が、弾性部材５３の付勢力に抗して下方向（保持部材２から離間する方向）に引き下げられることとなる。
一方、電磁石５４への通電を停止すると、電磁石５４の磁力が作用しない状態となり、可動部材５１が弾性部材５３の復元力により上方向（保持部材２に対して接近する方向）に押し上げられることとなる。
【００３２】
制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）（いずれも図示せず）等を備えて構成され、保持部材２の姿勢を補正するＸ軸補正処理及びＹ軸補正処理を実行する。
【００３３】
具体的には、制御部６は、初めに、第１軸制御手段として、Ｘ軸補正処理を実行し、保持部材２を支持するＸ軸が水平面に対して平行となるように補正する。
Ｘ軸補正処理において、制御部６は、駆動部４を制御して、トラニオンフレーム８及びトラニオンフレーム８と一体的に構成された保持部材２、検出部３、クランプ機構５を、Ｙ軸周りに回動させ、検出部３によりＸ軸が水平面に対して平行となったことが検出されると、Ｙ軸周りの回動を停止する。
【００３４】
Ｘ軸補正処理によって保持部材２を支持するＸ軸が水平面と平行となると、次に、制御部６は、第２軸制御手段として、Ｙ軸補正処理を実行し、保持部材２を水平状態に補正する。
Ｙ軸補正処理において、制御部６は、所定時間の間電磁石５４を通電することで、クランプ機構５による保持部材２のクランプを一旦解除して、保持部材２を自重で水平状態に補正させる。
【００３５】
ここで、重力方向に対して耐圧容器１０自体が傾斜している場合、可動部材５１が保持部材２から離間すると、保持部材２は、可動部材５１による固定から開放されて、重力の作用によって、保持部材２の重心とＸ軸とを通る垂直軸が重力方向と一致するまで、Ｘ軸周りに回動することとなる。そして、保持部材２の重心とＸ軸とを通る垂直軸が重力方向と一致し、保持部材２が重力方向に対して水平状態となると、保持部材２のＸ軸周りの回動が停止する。
すなわち、電磁石５４への通電を行って、可動部材５１による保持部材２のクランプを解除すると、重力の作用を受けて、保持部材２が自動的に自身の姿勢を水平に補正することができる。
そして、制御部６は、クランプの解除から所定時間経過後に、電磁石５４への通電を停止して可動部材５１により保持部材２を再びクランプさせる。すると、保持部材２の姿勢が水平に保たれた状態のまま、クランプ機構５によってロックされることとなり、Ｙ軸（傾斜）の補正がなされることとなる。
【００３６】
また、制御部６は、電磁石５４への通電によって保持部材２のクランプを一旦解除した後に、クランプ検出部２１からクランプが完了したことを示すクランプ検出信号が出力されるまで、可変抵抗器等を用いて電磁石５４に流す電流を徐々に減少させて通電を停止する。これにより、弾性部材５３の付勢力により可動部材５１が少しずつ保持部材２側に押し上げられることとなり、可動部材５１により保持部材２がクランプされる際の地震計１への衝撃を緩和することができる。そのため、保持部材２に余計な衝撃を与えて揺動させることなく、安定した状態で、可動部材５１によるクランプを行うことができる。
【００３７】
報知部７は、保持部材２に設けられたクランプ検出部２１によるクランプの検出結果をユーザに報知する。この報知部７は、例えば、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)ランプ等により構成され、姿勢制御処理において、クランプ検出部２１からクランプ状態にあることを示す検出信号を受信しない間は消灯することで、保持部材２がアンクランプ状態にあることを報知する。一方、報知部７は、クランプ検出部２１からクランプ状態にあることを示す検出信号を受信した場合に点灯し、保持部材２が可動部材５１によって正確にクランプされたことを報知する。これにより、ユーザは、ボーリング孔内に設置された姿勢制御装置１００において、保持部材２が適切にクランプされたか否かを知ることができる。
そして、保持部材２と可動部材５１との間に障害物が入り込む等、何らかの原因によりクランプが正確に行われず、保持部材２の姿勢を確実に固定できなかった場合、作業者は作業のやり直し等を行うことができる。そのため、作業者は、保持部材２が確実にクランプされたか否かを認識することができ、何らかの原因によりクランプが確実に行わなかった場合であっても作業のやり直し等を行うことができ、姿勢制御装置１００における姿勢制御の信頼性が向上することとなる。
【００３８】
次に、図４のフローチャート及び図５〜図９を参照しながら、本実施形態の姿勢制御装置１００における姿勢制御処理の流れについて、より具体的に説明する。
【００３９】
まず、作業者は、地中に堀削されたボーリング孔内にケーシングを挿入し、ケーシングを防錆作用のある水等の液体で満たす。さらに、ボーリングマシンを使用して、地上から、地震計１や姿勢制御装置１００の各部（すなわち、保持部材２、検出部３、駆動部４、クランプ機構５、トラニオンフレーム８）が収納された耐圧容器１０をケーシング内に下降させ、ケーシング内の設置面に設置する（ステップＳ１）。このとき、保持部材２は、クランプ機構５によりクランプされた状態で設置される。
【００４０】
図５は、ボーリング孔内に配置されたＸ軸補正処理及びＹ軸補正処理前の姿勢制御装置１００の正面図である。耐圧容器１０を設置するボーリング孔が水平面及び重力方向に対して傾斜していると、ボーリング孔の傾斜に応じて、図５に示すように、耐圧容器１０のＸ軸及びＹ軸も傾斜することとなる。
【００４１】
ボーリング孔内への耐圧容器１０の設置が完了すると、作業者は、図示しない操作部を操作して、姿勢制御処理の開始を指示する。作業者による姿勢制御処理の開始の指示を受けて、制御部６は、先ず初めにＸ軸補正処理を実行する。
【００４２】
Ｘ軸補正処理において、制御部６は、駆動部４を駆動し、保持部材２をクランプ機構５によりクランプさせた状態のまま、トラニオンフレーム８及びトラニオンフレーム８と一体的に設けられた保持部材２、検出部３、クランプ機構５を、Ｘ軸と直交するＹ軸周りに回動させ（ステップＳ２）、検出部３からの信号に基づいて、Ｘ軸が水平面に対して平行であるか否かを判断する（ステップＳ３）。
すると、トラニオンフレーム８と一体的に設けられた保持部材２とともに、検出部３がＹ軸周りに回動し、気泡管３１内の気泡Ｂが、気泡管３１の回動方向とは逆周りに気泡管３１内を流動することとなる。そして、図６に示すように、Ｙ軸の回動に応じて、Ｘ軸が水平面に対して平行となったタイミングで、気泡管３１内の気泡Ｂが、Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸上に位置することとなり、気泡管３１を挟む位置に対向配置された気泡検知部３２の発光素子３２ａと受光素子３２ｂとの間に移動する（図３（ｂ）参照）。すると、気泡検知部３２では、発光素子３２ａからの光が受光素子３２ｂにおいて受光されたことに基づいて、気泡Ｂを検出することとなり、Ｘ軸が水平面と平行となった旨を、ケーブルを介して、地上に配された制御部６に通知する。
【００４３】
制御部６は、検出部３からＸ軸が水平面と平行である旨が通知されると、Ｘ軸が水平面に対して平行であると判断し（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、駆動部４の駆動を終了して、Ｙ軸周りの回動を停止する（ステップＳ４）。これにより、保持部材２のＸ軸が水平状態に補正されることとなる。
【００４４】
Ｘ軸補正処理が終了すると、制御部６は、続いてＹ軸補正処理を実行する。
図６は、Ｘ軸補正処理後であってＹ軸補正処理前の姿勢制御装置１００の縦断面図である。図６に示すように、保持部材２のＹ軸は、設置面の傾斜に応じて、傾斜角θ分だけ傾斜している。
【００４５】
Ｙ軸補正処理において、制御部６は、先ず始めに電磁石５４のコイル５４ｂに電流を流して電磁石５４への通電を行って、クランプ機構５による保持部材２のクランプを解除する（ステップＳ５）。
具体的には、制御部６の制御により、電磁石５４への通電が行われると、磁性体である可動部材５１が磁化される。そして、電磁石５４の磁力の作用により、可動部材５１が、弾性部材５３の保持部材２側への付勢力に抗して、弾性部材５３を圧縮するように、ガイド５２の内周面に沿って下方向（保持部材２から離間する方向）に摺動し、図７における矢印ａの方向に下降する。これにより、図７に示すように、可動部材５１が保持部材２から離間し、可動部材５１による保持部材２のクランプが解除される。
【００４６】
すると、可動部材５１による固定から開放された保持部材２は、Ｘ軸周りに自在に回動可能となる。そして、図８に示すように、重力の作用を受けて、Ｘ軸を中心に、図８における矢印ｂの方向に傾斜角θ分回動し、水平状態で停止する。
【００４７】
また、可動部材５１による保持部材２のクランプが解除された状態で、制御部６は、保持部材２に備わる第１の圧電素子２２を駆動して、保持部材２を振動させる。これにより、保持部材２がよりスムーズにＸ軸周りに回動し、自身の姿勢をより迅速に補正することとなる。
【００４８】
次に、制御部６は、クランプ機構５によるクランプの解除から所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳ６）、所定時間が経過したと判断すると（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、電磁石５４への通電を徐々に減少させて通電を停止し、クランプ機構５により保持部材２を再びクランプさせる（ステップＳ７）。
具体的には、制御部６の制御により、電磁石５４への通電が徐々に減少すると、可動部材５１を下方向（保持部材２に対して離間する方向）に引き下げていた電磁石５４の磁力が徐々に減少することとなるため、可動部材５１が弾性部材５３の復元力によって、ガイド５２の内周面に沿って上方向（保持部材２に対して接近する方向）に少しずつ摺動し、図９における矢印ｃの方向に上昇する。そして、電磁石５４への通電が停止されると、図９に示すように、可動部材５１の上面が保持部材２の底面に当接し、弾性部材５３の付勢力によって保持部材２を押圧して、保持部材２を再びクランプすることとなる。したがって、保持部材２は、Ｘ軸及びＹ軸の補正がなされた状態のまま、その姿勢がロックされることとなる。
【００４９】
また、可動部材５１を保持部材２側に押し上げる際、制御部６は、可動部材５１に備わる第２の圧電素子５１１を駆動して、可動部材５１を振動させる。これにより、可動部材５１がガイド５２の内周面に沿ってよりスムーズに上昇することとなる。
なお、可動部材５１を保持部材２側から離間させる際に、第２の圧電素子５１１を駆動するように構成しても良い。また、可動部材５１により保持部材２がクランプされた後に、前述の第１の圧電素子２２を駆動するように構成しても良い。また、可動部材５１の上面が保持部材２の底面に当接するタイミングでは、第２の圧電素子５１１の振動を停止して、可動部材５１が保持部材２に与える衝撃を緩和することが好ましい。
【００５０】
保持部材２が可動部材５１によってクランプされると、保持部材２に設けられたクランプ検出部２１から、クランプされたことを示す検出信号が制御部６に送られる。制御部６は、クランプ検出部２１からクランプされたことを示す検出信号を受信すると、報知部７を点灯させ、クランプが完了したことをユーザに報知する（ステップＳ８）。
作業者は、報知部７の報知によってクランプが正常に完了して、保持部材２（すなわち、地震計１）の姿勢がロックされたことを知ると、図示しない操作部を操作して、姿勢制御装置１００における姿勢制御処理を終了して地震計１による計測を開始し（ステップＳ９）、本処理が終了する。
【００５１】
以上説明した本実施形態の姿勢制御装置１００によれば、ケース内にＸ軸（第１軸）を介して揺動自在に支持され、地震計（検出器）１を保持するための保持部材２と、保持部材２をクランプするためのクランプ機構５と、保持部材２をＸ軸と直交するＹ軸（第２軸）の軸周りに回動させる駆動部４と、Ｘ軸が水平面に対して平行となったことを検出する検出部３と、が備わる。そして、制御部（第１軸制御手段）６により、検出部３によりＸ軸が水平面に対して平行となったことが検出されるまで、駆動部４が駆動されて保持部材２がＹ軸の軸周りに回動される。また、制御部（第２軸制御手段）６により、制御部（第１軸制御手段）６による制御後に、クランプ機構５による保持部材２のクランプが解除されるとともに、所定時間経過後に、当該クランプ機構５により保持部材２がクランプされる。
すなわち、姿勢制御装置１００において、Ｙ軸（第２軸）の軸周りの駆動によりＸ軸（第１軸）の補正が可能となる。そのため、地震計１を保持する保持部材２を水平方向に支持する軸が１つで済み、水平方向の２軸により保持部材２を支持する従来のジンバル機構と比較して水平方向のスペースを小さくすることができ、姿勢制御装置１００の小型化を図ることができる。
【００５２】
これにより、従来はスペースの問題で姿勢制御装置を備えることが不可能であったボアホール型の地震計１に、本実施形態の姿勢制御装置を適用することができる。したがって、従来は姿勢制御が不可能であったボアホール型の地震計１において姿勢の補正が可能となり、ボアホール型の地震計１における検出精度を高め、信頼性を向上させることができる。
【００５３】
また、ボーリング孔の施工時に、ボーリング孔の傾斜角度を厳密に考慮する必要が無くなるため、ボーリング孔の施工コストの削減と作業時間の短縮化を図ることができる。
また、地中に堀削されたボーリング孔が傾斜している場合であっても、ボーリング孔内に設置したボアホール型の地震計１の姿勢が補正可能であるため、新たなボーリング孔を再度堀削するリスクが無くなる。そのため、新たなボーリング孔を施工する場合に生ずるコストの増大や作業の遅延を防止することができる。
また、ボアホール型の地震計１をボーリング孔に設置して姿勢の補正を実施した後に、地殻変動等の何らかの外乱により地震計１を収納する耐圧容器１０が傾斜した場合であっても、再度、姿勢制御装置１００により地震計１の姿勢を補正することができる。
さらに、地上からの遠隔操作により姿勢の補正が可能であるため、作業の効率化を図ることができる。
【００５４】
また、検出部３は、ガラス管（容器）３１ａ内に気泡Ｂとともに黒色流体（流体）が封入され、保持部材２とともにＹ軸の軸周りに回動する気泡管（気泡流動部）３１と、Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸（第３軸）上におけるガラス管３１ａを挟む位置に対向配置された発光素子３２ａ及び受光素子３２ｂを備え、Ｘ軸が水平面に対して平行となった場合に、発光素子３２ａからの光が受光素子３２ｂにより受光されたことに基づいて、気泡Ｂを検知する気泡検知部３２と、を備えるため、Ｘ軸が水平面に対して平行であるか否かが、簡易な構成により検出されることとなり、装置の簡略化を図ることができる。
【００５５】
また、クランプ機構５は、保持部材２に対して移動可能に支持された可動部材５１と、可動部材５１を保持部材２側に付勢する弾性部材５３と、可動部材５１を挟んで保持部材２と対向する側に設けられた電磁石５４と、を備え、制御部（第２軸制御手段）６により、電磁石５４への通電を行って可動部材５１を当該電磁石５４側に磁気吸着することで、可動部材５１が保持部材２から離間され、保持部材２のクランプが解除されるとともに、所定時間経過後に、電磁石５４への通電を停止して弾性部材５３の付勢力により可動部材５１が保持部材２側に付勢され、保持部材２のクランプが行われる。
このように、電磁石５４への通電を切り替えることで、保持部材２のクランプとクランプの解除を行って、保持部材２の姿勢を自重で補正させることができ、簡易な機構で、保持部材２に保持された地震計１の姿勢を補正することができる。そのため、部品等に高い加工精度が求められることが無く、製造コストを抑えることができ、低価格化を図ることができる。また、モータによるＹ軸（第２軸）の傾斜補正を行う場合と比較して、より短い時間で補正を行うことができる。
【００５６】
なお、本発明の範囲は上記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
【００５７】
例えば、気泡流動部の形状は上記実施形態で例示した円環形状に限られず、例えば、円盤形状であっても良い。また、気泡流動部の構成も上記実施形態で例示したものに限られず、例えば、ガラス管におけるＸ軸及びＹ軸と直交するＺ軸上に反射板を設けるとともに、Ｚ軸上における反射板に対向する位置に発光素子及び受光素子を隣接させて配置し、発光素子から発光した光が反射板により反射され受光素子において検出されたか否かに応じて、第１軸が水平面に対して平行となった否かを検出するように構成しても良い。
【００５８】
また、クランプ機構５は、上記実施形態で例示した弾性部材と電磁石を用いた機構に限られず、例えば、電動モータを用いるものであっても良い。
【００５９】
また、保持部材２の底面形状は、断面視凸型円弧状である限り如何なる形状でも良く、例えば、かまぼこ型の曲面形状や、球面形状であっても良い。同様に、可動部材５１の上面形状は、断面視凹型円弧状である限り如何なる形状でも良く、かまぼこ型の曲面形状や、球面形状であっても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、地中に堀削したボーリング孔内に設置して、地中における地盤の震動を検出するボアホール型の地震計に適用される姿勢制御装置について説明したが、姿勢制御の対象はボアホール型の地震計に限られず、他の検出器に適用しても良い。例えば、地上に設置される地震計や海底に設置される地震計に、本発明の姿勢制御装置を適用することとしても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１００  姿勢制御装置
１      地震計（検出器）
２      保持部材
３      検出部
３１    気泡管（気泡流動部）
３１ａ  ガラス管（容器）
３１ｂ  黒色流体（流体）
３２    気泡検知部
３２ａ  発光素子
３２ｂ  受光素子
４      駆動部
５      クランプ機構
５１    可動部材
５３    弾性部材
５４    電磁石
６      制御部（第１軸制御手段、第２軸制御手段）
７      報知部
８      トラニオンフレーム（ケース）
１０    耐圧容器
Ｂ      気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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